[实用新型]基于SOPC技术二维IDCT分布式算法的IP核

说明书

技术领域

本实用新型涉及图像解码技术领域，特别涉及基于SOPC技术二维IDCT分布式算法的IP核。 

背景技术

近年来，随着半导体技术的飞速发展，现代高密度器件FPGA(Field-Programmable Gate Array)的设计性能及性价比已完全能够与ASIC抗衡。在这样的背景下，美国Altera公司与2000年提出了片上可编程系统SOPC(System on a Programmable Chip)新技术，并同时推出了相应的开发软件Quartus II。 

SOPC系统是一种特殊的嵌入式系统，SOPC技术就是将尽可能大而完整的电子系统在一块FPGA中实现，包括嵌入式处理器系统、接口系统、DSP系统、数字通信系统、存储电路等，其实质就是将PLD中容入更多模块，它是片上系统SOC，同时是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。 

SOPC技术主要包括：软硬件协同设计技术、IP核复用技术、模块和模块界面间的综合分析和验证技术。 

软硬件协同设计技术强调软件和硬件设计开发的并行性和相互反馈，以克服传统方法中因软件和硬件分开设计所带来的系统综合预期不可确定的弊端。因为传统的系统设计方法是先设计硬件，再根据算法设计软件，在深亚微米设计中，硬件的费用是非常大的，当设计完成后，发现错误进行更改时，要花费大量的人力、物力和时间，且设计周期变长。针对传统的设计方法，基于FPGA的软硬件协同设计是一种高效实用的设计方法。通过协同设计确定系统软件和硬件之间的相互制约关系，使系统软件的设计必须考虑芯 片的硬件结构，同时系统的芯片结构，更需要软件与硬件设计的协同，以使整个系统在协同设计中实现最优化，大大缩短了设计周期，提高了设计效率。对于SOPC系统而言，系统功能用硬件执行，需要一定的FPGA的逻辑单元和执行时间，用软件执行，则需要一定的存储器的容量和处理器时间。软件实现不需要占用硬件资源，但需要较长的执行时间；与之相反，硬件实现执行时间较短，但占用硬件逻辑资源。合理划分软硬件就是在FPGA逻辑单元占用和时间耗费上做一个好的平衡。基本原则是高速、低功耗由硬件实现；多品种、小批量由软件实现；处理器和专用硬件并用以提高处理速度和降低功耗。 

SOPC技术的IP复用理念将得到普遍认同并成为主要的设计方式。SOPC芯片需要集成一个复杂的系统，这导致了它具有比较复杂的结构，如果是从头开始完成芯片设计，显然将花费大量的人力物力。另外现在电子产品的生命期正在不断缩短，这要求芯片的设计可以在更短的周期内完成。为了加快芯片设计的速度，人们将已有的IC电路以模块的形式，在SOPC芯片设计中调用，从而简化芯片的设计，缩短设计时间，提高设计效率。IP模块是一种预先设计好，已经过验证，集成度较高并具有某种完整功能的集成电路、器件或部件，如MPU、DSP、DRAM、Flash等模块。构建一个系统是个复杂的过程，设计者可以把注意力集中于整个系统，而不必考虑各个模块的正确性和性能。IP模块的再利用，除了可以缩短芯片的设计时间外，还能大大降低设计和制造的成本，提高可靠性。 

近几年来，关于视频编解码的研究取得了很大的进展，特别是国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)等国际组织制定出了一系列相应的国际标准，极大地推动了视频编解码技术的发展，促进了视频编解码技术的广泛应用。 

随着嵌入式系统性能的不断提高，SOPC技术实现图像和视频解码将很 大程度提高解码性能，其软硬件协同设计的技术特点对视频解码将具有不可比拟的优势。 

离散余弦变换(DCT)和其离散余弦逆变换(IDCT)广泛应用于图像和视频压缩、解压缩应用中。DCT可以去除数据之间的相关性，能够聚集图像中的能量，使数据便于压缩，是目前大多数图像和视频编码标准的核心，比如JPEG、H.26x系列、MPEGx系列标准等。而在图像和视频解码系统中，则使用IDCT对数据进行还原。IDCT是解码中重要的部分，常用8×8的二维离散余弦逆变换(2D IDCT)的运算量大，其计算量占到整个解码运算的40％左右，直接影响到图像和视频解码系统的实时性，因此在以Nios II处理器为核心SOPC视频解码系统中，研究二维IDCT的实现尤为重要。 

实用新型内容